13 febrero 2009

El papel de los robots en lean manufacturing

Hace algunos días hablamos de los conceptos básicos de "lean manufacturing" (ver "descripción básica de "lean manufacturing"), una metodología de gestión empresarial cuya estrategia es implantar la eficacia en todos los procesos de negocio, eliminando las actividades que no aportan valor añadido. En este nuevo artículo vamos a seguir hablando de LM, pero en esta ocasión nos vamos a centrar en el impacto de los robots en esta metodología. Relacionar los robots con lean manufacturing es una cuestión muy importante, puesto que en las industrias de tamaño medio hemos detectado que el uso de robots suele estar infrautilizado. Si bien la estación robotizada suele estar bien diseñada, pero lo cierto es que existen problemas de coordinación con el resto de las operaciones de planta. Ello lleva a originar el triste resultado de costosísimos robots parados incluso durante varias horas al día. En Todoproductividad recomendamos algo que no suelen decir los fabricantes de robots, y es que se estudie con el máximo detalle la integración del robot en el proceso global antes de tomar la decisión de adquirir una unidad robotizada. Los robots se han incorporado masivamente a las plantas industriales en las últimas dos décadas. En estos años, los costes de fabricación se vienen reduciendo utilizando robots. El coste de los robots más comunes ha caído en picado debido a los grandes volúmenes de ventas en la industria de automoción y debido al impacto negativo de la competencia. El rendimiento y rango de aplicaciones en las que pueden utilizarse los robots ha aumentado también exponencialmente debido a las mejoras mecánicas que han introducido los fabricantes de robots y los avances técnicos en software de control. Si bien el funcionamiento de los robots no es flexible en naturaleza, pueden programarse como parte de un diseño de sistema lean y lean manufacturing.
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Sistemas lean y robots

Los sistemas de automatización con o sin robots no pueden ser lean en si mismos, por lo que el diseño de sistemas de fabricación lean es el desafío al que se enfrentan los ingenieros de hoy. Algunos de los factores que necesitan ser tomados en cuenta a la vez que se diseñan lean manufacturing systems que utilizan robots son los siguientes:

  • Requerimientos de niveles en la línea de producción.
  • Fiabilidad del equipo y estadísticas de paradas.
  • Disponibilidad de espacio en operaciones robotizadas.
  • Flexibilidad del proceso deseada.
  • Requerimientos del tiempo del ciclo por estación u operación.
  • Requerimientos de interface máquina-humano.
  • Requerimientos de manejo de productos.
  • Requerimientos de mantenimiento.
  • Standards de seguridad y guías generales ergonómicas.
  • Otros requerimientos de transporte.
  • Desechos o residuos permitidos.
  • Presupuesto disponible para el sistema completo.
  • Ciclo de vida del producto fabricado para asegurar tasas de retorno aceptables.

Basándonos en algunos o todos los factores anteriores, los robots pueden ser una solución de automatización aceptable que añade valor al sistema. Si bien los pequeños sistemas de fabricación pueden diseñarse fácilmente con necesidad limitada de software basada en la validación, los sistemas más grandes implican robots múltiples, fijación de herramientas, humanos, etc., que necesitan ser validados y optimizados antes de construir el sistema para asegurar que el sistema robotizado se comporta según lo previsto. Una herramienta que se usa frecuentemente en los negocios de ingeniería de automatización es el software de simulación robotizada. Con este software se consigue validar el alcance del robot, los tiempos del ciclo del robot, trayectoria y contorno del movimiento del robot, posicionamiento del robot dentro del sistema, etc. El uso de estas herramientas de simulación ha ayudado a hacer los sistemas robotizados lean en términos de diseño y fabricación.

La mayoría de las líneas de producción están diseñadas para realizar un trabajo productivo y eficiente interactuando humanos, herramientas, robots, etc. Si bien es difícil asegurar una estricta consistencia con los humanos, los robots y maquinaria pueden ser programados y mejor optimizados.

Aplicaciones en sistemas lean

Antes de existir los robots, el manejo de materiales y atención de las máquinas eran trabajos puramente manuales. Las operaciones de transporte de materiales de un punto al siguiente, la espera para finalizar una tarea, y la relocalización de partes del proceso. Éstas y otras tareas requeridas por operadores para fabricar el producto pueden ahora realizarse utilizando robots. ¿Pero cómo pueden integrarse en un sistema lean?

  • No hay tiempo de espera para operadores ya que los robots que están manipulando el material pueden ser asignados a otras tareas mientras esperan.
  • Los robots tienen tiempos de parada despreciables en las líneas de producción, por lo que las pérdidas de producción son limitadas.
  • Los robots tienen una operación más barata que las realizadas manualmente.
  • Los robots tienen un alto grado de repetibilidad en los procesos.

Aplicaciones múltiples

En los últimos años se ha conseguido que los brazos de robots sean más flexibles, y el eventual cambio de herramienta con frecuencia es una realidad práctica. En el diseño de una planta industrial pueden ya plantearse distribuciones en planta en las que un robot realice dos operaciones simultáneamente. Por ejemplo, un robot puede realizar alternativamente operaciones de sellado, soldadura, y manejo de materiales.

Robots y aplicaciones de visión

Los sistemas de visión se usan cada vez más en combinación con los robots para ayudar a inspeccionar piezas o tamaños característicos. Los sistemas de visión se usan comúnmente en robots para actuar como sistema de guía dinámicos que permiten a los robots variar sus objetivos de movimiento basados en la información de guía generada con visión. La tecnología de visión y los robots son complementos naturales cuya combinación ha originado operaciones robotizadas más flexibles que lo conocido hasta ahora.

Aplicaciones cooperativas y movimiento coordinado

La fijación de herramientas es una parte importante en todas las plantas de fabricación. En algunos casos donde el proceso de ensamblaje permite un nivel más bajo de exactitud estructural, los robots pueden utilizarse, obteniéndose una mayor flexibilidad a la vez que se mantiene un significativo grado de exactitud y resistencia.

Robots y tiempo del ciclo

La mayoría de las líneas de fabricación se procesan con niveles de producción gruesa elevados a la vez que funcionan a ritmos de producción neta más bajos. Si bien las grandes corporaciones pueden asumir este factor de producción más caro, las compañías de fabricación más pequeña necesitan líneas que funcionen a máxima capacidad para controlar los costes del equipo. El reprocesado de operaciones robotizadas antes de la integración del sistema puede hacernos avanzar en el control de los costes del equipo. El análisis de los tiempos del ciclo de las operaciones robotizadas usando herramientas de simulación es crítico para asegurar que el sistema es flexible. Algunos de los asuntos que más impactan en los tiempos del ciclo son los siguientes:

  • Falta de inventario de piezas para robots, causando demoras en la producción.
  • Condiciones de trabajo inseguras causando operaciones humanas lentas en situaciones en las que robots y humanos trabajan en un ambiente cooperativo.
  • Pobre diseño de equipos producen derroches en esfuerzos de reparación.
  • Estaciones en cuello de botella que causan el bloqueo o no llegan las piezas en otras estaciones.
  • Estaciones robotizadas en sobreciclo que causan que la estación completa esté en sobreciclo.
  • Pobre procesado resultante en sobrecarga de trabajo en robots, operaciones o máquinas.
  • Pobre interface de máquinas humanas que causan demora en la fabricación.
  • Pobre interface de máquina-humano que causa demora en la fabricación.
  • Pobre ingeniería de software y controles que resultando I/O y comunicaciones entre equipos ineficientes.

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Palabras clave: Robotic simulation software

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